适用于输电线路施工作业的雷电预警系统及预警方法

摘要

本发明公开了一种适用于输电线路施工作业的雷电预警系统及预警方法，它包括雷电预警信息处理平台、雷电预警信息发布平台、雷电预警信息发布终端，所述雷电预警信息处理平台包括预警原始数据库、地理信息数据库和预警信息处理中心，其中，所述预警原始数据库和地理信息数据库的通信端均连接预警信息处理中心的通信端，所述预警信息处理中心的信号输出端通过雷电预警信息发布平台连接雷电预警信息发布终端的信号输入端。本发明采用多种监测数据进行综合的雷电预警，具有较高的雷电预警精度，并且克服了现有技术中由于大气电场仪和闪电干涉仪的监测范围带来的雷电预警地域上的限制。

说明书

技术领域

本发明涉及自然灾害预警方法及应用系统技术领域，具体地指 一种适用于输电线路施工作业的雷电预警系统及预警方法。

背景技术

对于输电线路施工作业而言，高耸的输电杆塔往往最易遭受雷 击，输电杆塔的这种引雷特性势必将对塔上及其附近作业人员和设 备的安全造成严峻的考验。因此，在输电线路施工作业中，应高度 重视组塔架线过程中的防雷安全问题。中国发明专利《一种自动获 取大气电场雷电预警特征参数阈值的方法》（申请号： CN201210558204.8）提出了一种自动获取大气电场雷电预警特征参 数阈值的方法，通过对大气电场监测数据的预处理获得雷电预警特 征参数，同时，结合雷电历史数据，筛选出预警分辨能力较强的特 征参数，根据每个特征参数的范围和精度设定一组不同阈值，最终 形成大气电场雷电预警的综合特征参数阈值。中国发明专利《雷电 预警方法及装置》（申请号：CN201010567357.X）提出了一种基于闪 电干涉仪原理的雷电预警方法，首先通过对雷电辐射信号进行识别 并剔除干扰信号，然后通过测量雷电辐射信号到达垂直天线阵列的 相位差，计算得到雷电辐射信号的仰角，根据所述仰角估算雷电源 的距离，并实时统计雷电发生的频数，最后根据所述雷电源的距离 和雷电活动特点进行不同等级的雷电报警。申请人发现，上述两种 方法仅采用了单一的监测数据进行雷电预警，预警精度不高，同时， 由于大气电场仪和闪电干涉仪的监测范围有限，不能应用于大范围 的输电线路施工作业。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种适用于输电线路施工作业的雷电 预警系统及预警方法，该系统和方法采用多种监测数据进行综合的 雷电预警，具有较高的雷电预警精度，并且克服了现有技术中由于 大气电场仪和闪电干涉仪的监测范围带来的雷电预警地域上的限 制。

为实现此目的，本发明所设计的适用于输电线路施工作业的雷 电预警系统，其特征在于：它包括雷电预警信息处理平台、雷电预 警信息发布平台、雷电预警信息发布终端，所述雷电预警信息处理 平台包括预警原始数据库、地理信息数据库和预警信息处理中心， 其中，所述预警原始数据库和地理信息数据库的通信端均连接预警 信息处理中心的通信端，所述预警信息处理中心的信号输出端通过 雷电预警信息发布平台连接雷电预警信息发布终端的信号输入端。

所述雷电预警信息发布平台包括WEB（网页）信息发布模块、 APP（application，应用）信息发布模块和手机信息发布模块，所述 雷电预警信息发布终端包括电脑和手机，所述预警信息处理中心的 信号输出端分别连接WEB信息发布模块、APP信息发布模块和手机 信息发布模块的信号输入端，WEB信息发布模块的信号输出端通过 网络连接电脑，APP信息发布模块和手机信息发布模块的信号输出 端通过网络连接手机。

所述雷电预警信息发布平台还包括声光警报信息发布模块，所 述雷电预警信息发布终端还包括声光警报器，所述预警信息处理中 心的信号输出端连接声光警报信息发布模块的信号输入端，声光警 报信息发布模块的信号输出端通过网络连接声光警报器。

一种基于上述适用于输电线路施工作业的雷电预警系统的雷电 预警方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤1：向预警原始数据库中存入输电线路施工工程全线范围及 以输电线路施工工程全线范围为圆心，半径60km的区域内实时的雷 达回波信息、雷电定位信息和大气电场信息；同时向地理信息数据 库存入输电线路施工工程全线施工标段的地理坐标信息；

步骤2：预警信息处理中心通过预警原始数据库获取输电线路施 工工程全线范围及以输电线路施工工程全线范围为圆心，半径60km 的区域内实时的雷达回波信息、雷电定位信息和大气电场信息，预 警信息处理中心通过地理信息数据库获取输电线路施工工程全线施 工标段的地理坐标信息，所述预警信息处理中心根据上述输电线路 施工工程全线范围及以输电线路施工工程全线范围为圆心，半径 60km的区域内实时的雷达回波信息、雷电定位信息、大气电场信息 和地理坐标信息，实现雷暴发展区域和雷电活动趋势的跟踪，当雷 达回波信息、雷电定位信息、大气电场信息和地理坐标信息满足下 列条件时，生成相应等级的预警信息；

设预警关注区域及以预警关注区域为圆心，半径40～60km范围 内的区域为第一观察区域；设预警关注区域及以预警关注区域为圆 心，半径20～40km范围内的区域为第二观察区域；设预警关注区域 及以预警关注区域为圆心，半径10～20km范围内的区域为第三观察 区域；

当第一观察区域大气中的-10℃温度层对应的高度上，雷达两个 连续的体扫均达到40dBz的回波反射率阈值，同时，雷电定位信息 显示第一观察区域内在过去2小时中有雷电过程发生，并且雷电过 程发生的位置有向预警关注区域移动的趋势时，则预警信息处理中 心生成黄色预警信息；

当第二观察区域大气中的-10℃温度层对应的高度上，雷达两个 连续的体扫均达到40dBz的回波反射率且在这个高度上40dBz以上 回波反射率占25dBz以上回波反射率的体积百分比超过5%，同时， 雷电定位信息显示第二观察区域内在过去2小时中有雷电过程发生， 并且雷电过程发生的位置有向预警关注区域移动的趋势时，则预警 信息处理中心生成橙色预警信息；

当预警关注区域内的大气电场信息增加至6kV/m，同时，雷电 定位信息显示第三观察区域内在过去2小时中有雷电过程发生，并 且雷电过程发生的位置有向预警关注区域移动的趋势时，则预警信 息处理中心生成红色预警信息；

步骤3：预警信息处理中心将生成的黄色预警信息或橙色预警信 息或红色预警信息通过雷电预警信息发布平台发送给雷电预警信息 发布终端，雷电预警信息发布终端将预警信息播出，提醒施工人员。

所述步骤1中还包括：向预警原始数据库中还存入输电线路施 工工程全线范围及以输电线路施工工程全线范围为圆心，半径60km 的区域内实时的卫星云图信息；

所述步骤2中还包括：预警信息处理中心还通过预警原始数据 库获取输电线路施工工程全线范围及以输电线路施工工程全线范围 为圆心，半径60km的区域内实时的卫星云图信息，当卫星云图信息 中的云团局地标准差出现极大值，并且卫星云图信息中的红外分裂 灰度差出现极小值，且该极小值≤0，同时，气象部门发布了雷暴天 气预报信息时，所述预警信息处理中心生成雷暴预报信息；

所述步骤3中还包括：预警信息处理中心将生成的雷暴预报信 息通过雷电预警信息发布平台发送给雷电预警信息发布终端，雷电 预警信息发布终端将雷暴预报信息播出，提醒施工人员。

所述步骤2中还包括，设预警关注区域及以预警关注区域为圆 心，半径小于10范围内的区域为第四观察区域；

当预警关注区域内的大气电场信息增加至8kV/m，且雷电定位 信息显示第四观察区域内在过去2小时中已经有雷电过程发生，并 且雷电过程发生的位置有向预警关注区域移动的趋势时，则预警信 息处理中心生成声光报警信号；

所述步骤3中还包括：预警信息处理中心将生成的声光报警信 号通过雷电预警信息发布平台发送给雷电预警信息发布终端，雷电 预警信息发布终端对现场施工人员进行声光报警提醒。

所述步骤3中，黄色预警信息或橙色预警信息或红色预警信息 或雷暴预报信息通过雷电预警信息发布平台中的手机信息发布模块 发送给雷电预警信息发布终端中的手机。

所述步骤3中，黄色预警信息或橙色预警信息或红色预警信息 或雷暴预报信息通过雷电预警信息发布平台中的WEB信息发布模 块发送给雷电预警信息发布终端中的电脑。

与现有技术相比本发明具有以下有益效果：

1、雷电预警方法将雷电预警信息与施工作业实际情况和防雷需 求相结合，具有很好的操作性、实用性与针对性。

2、雷电预警信息采用了综合雷电发生时间和空间的雷电预警信 息分级方法，且提供相应预案的辅助决策信息，解决了防雷措施决 策依据匮乏的问题，实现了应对雷灾的精细化施工作业部署。

3、雷电预警信息发布平台提供了WEB服务、APP应用、短信、 声光警报四种信息应用方式，实现了预警预报信息及时精确地投放， 解决了目前雷电预警中存在的“只能监测雷暴的发展活动，防雷措 施决策依据匮乏，无法根据实时情况制定雷电预防结合的防雷应急 方案，从而无法实现高空施工作业防雷安全管理”的问题。

4、雷电预警信息发布平台提供了APP信息发布方式，施工指挥 人员可通过智能手机随时随地查看关注区域内的预警预报信息，同 时，能够接收关注区域内的雷电预警短信，实现了雷电预警信息便 捷高效地应用。

5、本发明对雷达回波信息、雷电定位信息、大气电场信息、地 理坐标信息和卫星云图信息这些多种监测数据进行综合的雷电预 警，具有较高的雷电预警精度，另外，由于现有技术中只具有大气 电场仪和闪电干涉仪，而这两个仪器都有探测范围，导致预警区域 很小，而我们使用了大范围的雷电定位信息、雷达回波信息以及卫 星云图信息，可以实现更大范围的雷电预警，同时，由于本发明的 预测参考信息更全面，使得本发明具有更好的预警效果。

附图说明

图1为本发明的结构框图；

1.1—雷电预警信息处理平台、1.2—雷电预警信息发布平台、1.3 —雷电预警信息发布终端、1.4—预警原始数据库、1.5—地理信息数 据库、1.6—预警信息处理中心、1.7—WEB信息发布模块、1.8—APP 信息发布模块、1.9—手机信息发布模块、1.10—声光警报信息发布 模块、1.11—电脑、1.12—手机、1.13—声光警报器。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

如图1所示的适用于输电线路施工作业的雷电预警系统，它包 括雷电预警信息处理平台1.1、雷电预警信息发布平台1.2、雷电预 警信息发布终端1.3，所述雷电预警信息处理平台1.1包括预警原始 数据库1.4、地理信息数据库1.5和预警信息处理中心1.6，其中，所 述预警原始数据库1.4和地理信息数据库1.5的通信端均连接预警信 息处理中心1.6的通信端，所述预警信息处理中心1.6的信号输出端 通过雷电预警信息发布平台1.2连接雷电预警信息发布终端1.3的信 号输入端。

上述技术方案中，所述雷电预警信息发布平台1.2包括WEB信 息发布模块1.7、APP信息发布模块1.8和手机信息发布模块1.9，所 述雷电预警信息发布终端1.3包括电脑1.11和手机1.12，所述预警 信息处理中心1.6的信号输出端分别连接WEB信息发布模块1.7、 APP信息发布模块1.8和手机信息发布模块1.9的信号输入端，WEB 信息发布模块1.7的信号输出端通过网络连接电脑1.11，APP信息发 布模块1.8和手机信息发布模块1.9的信号输出端通过网络连接手机 1.12。

上述技术方案中，所述雷电预警信息发布平台1.2还包括声光警 报信息发布模块1.10，所述雷电预警信息发布终端1.3还包括声光警 报器1.13，所述预警信息处理中心1.6的信号输出端连接声光警报信 息发布模块1.10的信号输入端，声光警报信息发布模块1.10的信号 输出端通过网络连接声光警报器1.13。所述声光警报器1.13用于为 施工现场作业人员发布紧急报警。

上述技术方案中，所述WEB信息发布模块1.7采用B/S （Browser/Server，浏览器/服务器模式）结构设计，使得电脑1.11 能通过网页的方式展示输电线路施工工程全线施标工段的所有预警 预报信息，包括所有时段的雷暴预报信息以及雷电预警信息，同时 展示关注区域60公里范围内的雷电实时发生情况。

上述技术方案中，所述APP信息发布模块1.8通过实时推送的 方式向手机1.12发布预警信息，同时，持有手机1.12的施工指挥人 员通过按权限登入的方式能够接收预警服务推送信息，并查看预警 关注区域及以预警关注区域为圆心，半径60km范围内的雷电实时发 生情况。

上述技术方案中，所述手机信息发布模块1.9采用B/S结构设计， 结合短信猫池技术，实现多卡同时在线，保证了短信稳定及时发送。

上述技术方案中，预警信息处理中心1.6为数据处理服务器。

一种基于上述适用于输电线路施工作业的雷电预警系统的雷电 预警方法，它包括如下步骤：

步骤1：向预警原始数据库1.4中存入输电线路施工工程全线范 围及以输电线路施工工程全线范围为圆心，半径60km的区域内实时 的雷达回波信息、雷电定位信息和大气电场信息；同时向地理信息 数据库1.5存入输电线路施工工程全线施工标段的地理坐标信息；

步骤2：预警信息处理中心1.6通过预警原始数据库1.4获取输 电线路施工工程全线范围（即输电线路施工工程全部施工标段的范 围）及以输电线路施工工程全线范围为圆心，半径60km的区域内实 时的雷达回波信息、雷电定位信息和大气电场信息，预警信息处理 中心1.6通过地理信息数据库1.5获取输电线路施工工程全线施工标 段的地理坐标信息，所述预警信息处理中心1.6根据上述输电线路施 工工程全线范围及以输电线路施工工程全线范围为圆心，半径60km 的区域内实时的雷达回波信息、雷电定位信息、大气电场信息和地 理坐标信息，实现雷暴发展区域和雷电活动趋势的跟踪，当雷达回 波信息、雷电定位信息、大气电场信息和地理坐标信息满足下列条 件时，生成相应等级的预警信息；

设预警关注区域（输电线路施工工程全线由若干个工程标段组 成，每个工程标段负责全线不同区域的施工作业，预警关注区域即 对应各工程标段正在进行施工作业的区域）及以预警关注区域为圆 心，半径40～60km范围内的区域为第一观察区域；设预警关注区域 及以预警关注区域为圆心，半径20～40km范围内的区域为第二观察 区域；设预警关注区域及以预警关注区域为圆心，半径10～20km范 围内的区域为第三观察区域；

当第一观察区域大气中的-10℃温度层对应的高度上，雷达两个 连续的体扫均达到40dBz的回波反射率阈值，同时，雷电定位信息 显示第一观察区域内在过去2小时中有雷电过程发生，并且雷电过 程发生的位置有向预警关注区域移动的趋势时，则预警信息处理中 心1.6生成黄色预警信息；

当第二观察区域大气中的-10℃温度层对应的高度上，雷达两个 连续的体扫均达到40dBz的回波反射率且在这个高度上40dBz以上 回波反射率占25dBz以上回波反射率的体积百分比超过5%，同时， 雷电定位信息显示第二观察区域内在过去2小时中有雷电过程发生， 并且雷电过程发生的位置有向预警关注区域移动的趋势时，则预警 信息处理中心1.6生成橙色预警信息；

当预警关注区域内的大气电场信息增加至6kV/m，同时，雷电 定位信息显示第三观察区域内在过去2小时中有雷电过程发生，并 且雷电过程发生的位置有向预警关注区域移动的趋势时，则预警信 息处理中心1.6生成红色预警信息；

步骤3：预警信息处理中心1.6将生成的黄色预警信息或橙色预 警信息或红色预警信息通过雷电预警信息发布平台1.2发送给雷电 预警信息发布终端1.3，雷电预警信息发布终端1.3将预警信息播出， 提醒施工人员。

上述技术方案中，黄色预警信息为提前1～2小时的黄色预警信 息，施工人员可以根据该黄色预警信息预先调整施工方式。黄色预 警信息通过手机信息发布模块1.9以手机短信的形式发布至施工标 段安全专责人员的手机1.12。施工标段安全专责人员应提前检查施 工现场防雷设备以及安全通道，做好防雷应急预案。

上述技术方案中，橙色预警信息为提前0.5～1小时的橙色预警信 息，施工人员可以根据该橙色预警信息预先调整施工方式。橙色预 警信息通过手机信息发布模块1.9以手机短信的形式发布至施工标 段队长的手机1.12。施工标段队长应关注天气情况及实时的雷电预 警信息，尽量避免高空作业以及减少同时上塔作业的施工人员数量。

上述技术方案中，红色预警信息为提前0.2～0.5小时的红色预警 信息，施工人员可以根据该红色预警信息预先调整施工方式。红色 预警信息通过手机信息发布模块1.9以手机短信的形式发布至施工 工程队长的手机1.12。施工标段队长应立即停止所有危险较大的高 空施工作业，适当保留部分地面作业人员，如果施工现场出现声光 报警信号，施工标段队长应及时组织施工人员撤离到安全地带。

上述技术方案的步骤1：向预警原始数据库1.4中还存入输电线 路施工工程全线范围及以输电线路施工工程全线范围为圆心，半径 60km的区域内实时的卫星云图信息；

上述技术方案的步骤2中：预警信息处理中心1.6还通过预警原 始数据库1.4获取输电线路施工工程全线范围及以输电线路施工工 程全线范围为圆心，半径60km的区域内实时的卫星云图信息，当卫 星云图信息中的云团局地标准差（对于某一特定云团，其局地标准 差是指该云团所含像素点矩阵灰度值的标准差）出现极大值（即云 团局地标准差的导数存在且为0，且云团局地标准差大于导数为0的 像素点附近的云团局地标准差），并且卫星云图信息中的红外分裂灰 度差出现极小值（即红外分裂灰度差的导数存在且为0，且该红外分 裂灰度差小于导数为0的像素点附近的红外分裂灰度差），且该极小 值≤0，同时，气象部门发布了雷暴天气预报信息时，所述预警信息 处理中心1.6生成雷暴预报信息；

所述步骤3：预警信息处理中心1.6将生成的雷暴预报信息通过 雷电预警信息发布平台1.2发送给雷电预警信息发布终端1.3，雷电 预警信息发布终端1.3将雷暴预报信息播出，提醒施工人员。

上述雷暴预报信息为提前1～3天的雷暴预报信息，施工人员可 以根据该雷暴预报信息预先调整施工方式。雷暴预报信息通过手机 信息发布模块1.9以手机短信的形式发布至施工项目部经理的手机 1.12；所述雷暴预报信息空间精度为100公里，时间精度为1～3天， 有助于施工项目部指挥人员安排1～3天的工作，合理躲避雷暴天气。

上述技术方案的步骤2中，设预警关注区域及以预警关注区域 为圆心，半径小于10范围内的区域为第四观察区域；

当预警关注区域内的大气电场信息增加至8kV/m，且雷电定位 信息显示第四观察区域内在过去2小时中已经有雷电过程发生，并 且雷电过程发生的位置有向预警关注区域移动的趋势时，则预警信 息处理中心1.6生成声光报警信号；

所述步骤3：预警信息处理中心1.6将生成的声光报警信号通过 雷电预警信息发布平台1.2中的声光警报信息发布模块1.10发送给 雷电预警信息发布终端1.3中的声光警报器1.13，雷电预警信息发布 终端1.3中的声光警报器1.13对现场施工人员进行声光报警提醒。

上述技术方案中，所述的预警信息分级投放，其特征在于：雷 电预警信息发布平台1.2依据施工工程安全管理制度的要求将信息 发布对象进行了级别划分，将不同等级的预警信息发送至不同安全 管理权限的对象，以提醒施工相关人员做好防雷准备工作，保证了 雷电预警信息的高效应用。

上述技术方案的步骤3中，黄色预警信息或橙色预警信息或红 色预警信息或雷暴预报信息通过雷电预警信息发布平台1.2中的手 机信息发布模块1.9发送给雷电预警信息发布终端1.3中的手机 1.12。

上述技术方案的步骤3中，黄色预警信息或橙色预警信息或红 色预警信息或雷暴预报信息通过雷电预警信息发布平台1.2中的 WEB信息发布模块1.7发送给雷电预警信息发布终端1.3中的电脑 1.11。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的 现有技术。